KVM虚拟化优势剖析：为什么选择KVM作为虚拟化平台？

KVM虚拟化

KVM虚拟化的功能概览

KVM（Kernel-based Virtual Machine）是基于Linux内核的虚拟化技术，通过将Linux内核转变为一个虚拟机监控器（Hypervisor），实现高效的虚拟化功能。

KVM虚拟化架构的三种模式：

1. 客户模式（Guest OS）：

• 客户模式是指在虚拟机中运行的操作系统被称为Guest OS，虚拟机运行在Guest OS上。
• 例如：在一台物理服务器上运行KVM，可以创建多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的Guest OS，如Linux或Windows。

2. 用户模式：

• 用户模式提供虚拟机管理的用户空间工具，以及代表用户执行I/O操作的功能。
• 例如：QEMU（Quick Emulator）作为KVM的用户模式组件，负责模拟CPU、内存和I/O设备，并提供对虚拟机的控制和管理。

3. Linux内核模式：

• 内核模式负责模拟CPU、内存，实现客户模式切换，并处理从客户模式推送的指令。
• 例如：KVM模块在内核模式下运行，处理虚拟机的CPU和内存分配，确保虚拟机的高效运行。

KVM的原理：

1. 客户系统（Guest）：

• 客户系统包括虚拟CPU（vCPU）、内存、驱动程序（如控制台、网卡、I/O设备驱动）等，所有这些都在KVM提供的虚拟化环境下运行。
• 举例：在KVM上运行的虚拟机，其vCPU由KVM模块管理，确保虚拟机可以高效地执行计算任务。

2. KVM内核模块：

• KVM内核模块模拟处理器和内存，支持虚拟机运行。
• 例如：KVM模块通过创建虚拟CPU和内存，使多个虚拟机可以共享物理资源，而不相互干扰。

3. QEMU：

• 处理I/O操作，为客户机提供一个用户空间接口（/dev/kvm），通过libvirt工具进行虚拟机管理。
• 例如：QEMU负责虚拟机的磁盘和网络I/O操作，libvirt提供了虚拟机的创建、管理和监控功能。

KVM工作流程：

KVM工作流程包括以下步骤：

1. 用户模式的QEMU：

   • 用户使用libvirt工具通过ioctl调用进入内核模式，KVM驱动创建虚拟CPU和内存。
   • 例如：用户使用virt-manager工具创建虚拟机，libvirt会调用KVM内核模块分配虚拟资源。

2. 内核模式：

   • 内核模式处理分配资源和任务调度，若有I/O请求则进入用户模式。
   • 例如：KVM模块在分配完资源后，将控制权交给虚拟机，如果虚拟机有I/O操作请求，则返回用户模式由QEMU处理。

3. 客户模式：

   • 虚拟机执行客户代码，如果发生异常，暂停运行并保存状态，返回内核模式处理。
   • 例如：虚拟机执行过程中发生硬件异常（如非法指令），KVM模块捕获异常并处理，保证系统稳定运行。

图11-1展示了KVM的工作流程。

KVM虚拟化的主要优势：

1. 开源免费：

• KVM是开源且免费的，这使得其广泛应用于各种企业和个人用户。
• 例如：很多企业选择使用KVM作为虚拟化解决方案，原因在于其零成本和社区的广泛支持。

2. 性能优越：

• 在相同硬件条件下，KVM虚拟化性能接近物理机，优于许多其他虚拟化解决方案。
• 例如：对比VMware和Xen，KVM在处理CPU密集型任务时表现更为优越。

3. 支持广泛：

• KVM得到了广泛的社区和厂商支持，许多主要的Linux发行版都内置支持KVM。
• 例如：Red Hat Enterprise Linux和Ubuntu Server都将KVM作为默认的虚拟化技术，Canonical公司和其他大型企业也广泛采用KVM。

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